CN103299533A - Mems致动器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制作致动器装置的方法，其包含提供包括导电材料层的晶片及在所述导电材料中形成多个旋转对称的裸片(400)，每一裸片(400)包含围绕所述裸片(400)的周围以交替方式且以相等角增量布置的多个径向突片(404)及互补大小的径向凹部(504)。为使对可用晶片空间的使用最大化，在所述晶片上将所述裸片(400)布置成一图案，在所述图案中每一裸片(400)相对于邻近裸片(400)旋转经过360度除以所述裸片上的突片(404)或凹部(504)的数目的两倍的角度，且除位于所述晶片的外围处的裸片(400)以外，每一裸片(400)均安置成与邻近裸片(400)边缘对边缘几乎邻接，且每一裸片(400)的每一突片(404)嵌套于邻近裸片(400)的互补凹部(504)内。

Description

MEMS致动器装置

技术领域

本发明一般来说涉及致动器，且更特定来说，涉及适合于在(举例来说)小型相机或其它装置中使用的静电微机电系统(MEMS)致动器及其制作方法。

背景技术

供在小型相机中使用的致动器是众所周知的。此些致动器通常包括用于使镜头移动以聚焦、变焦或光学图像稳定的音圈。

小型相机用于多种不同的电子装置中。举例来说，小型相机通常用于蜂窝式电话、膝上型计算机及监控装置中。小型相机可具有许多其它应用。

经常期望减小小型相机的大小。随着电子装置的大小继续减小，作为此些电子装置的一部分的小型相机的大小通常也必须减小。

此外，期望增强此些小型相机的耐冲击性。随着小型相机的大小减小，通常必须在其构造中利用更小、更细微的组件。由于此些消费型产品通常遭受严重不当使用(例如粗蛮的搬运及跌落)，因此必须保护小型相机的组件以免受与此不当使用相关联的冲击。

因此，需要供在小型相机及能够耐受冲击的其它装置中使用的大小减小的致动器装置连同用于可靠且具成本效益地制造所述致动器装置的方法。

发明内容

根据本发明，提供有效地实现前述目标的致动器装置连同其制作方法。

在一个实施例中，一种用于制作致动器装置的方法包括：提供包括导电材料层的晶片；及在所述导电材料中形成多个旋转对称的裸片，每一裸片包含围绕所述裸片的周围以交替方式且以相等角增量布置的多个径向突片及互补大小的径向凹部，其中所述裸片在所述晶片上布置成一图案，在所述图案中每一裸片相对于旋转经过360度除以所述裸片上的突片或凹部的数目的两倍的角度，且除位于所述晶片的外围处的裸片以外，每一裸片均安置成与邻近裸片边缘对边缘几乎邻接，且每一裸片的每一突片嵌套于邻近裸片的互补凹部内。

在另一实施例中，一种致动器装置包括旋转对称的裸片，所述裸片由导电材料制成且包含围绕所述裸片的周围以交替方式且以相等角增量布置的多个径向突片及互补大小的径向凹部。

本发明的范围由以引用的方式并入到此章节中的权利要求书界定。通过对一个或一个以上实施例的以下详细描述的考虑，将向所属领域的技术人员提供对实施例的更完整理解以及其额外优点的实现。将参考首先将简要描述的附图。

附图说明

图1图解说明根据一实施例的具有致动器装置的电子装置。

图2图解说明根据一实施例的具有镜头筒的小型相机。

图3A图解说明根据一实施例的具有安置于其中的致动器模块的镜头筒。

图3B以分解视图图解说明根据一实施例的镜头筒及致动器模块。

图4图解说明根据一实施例的具有安置于其中的致动器装置的致动器模块。

图5A图解说明根据一实施例的致动器装置的俯视图。

图5B图解说明根据一实施例的致动器装置的俯视图。

图6A图解说明根据一实施例的致动器装置的一部分。

图6B图解说明根据一实施例的致动器装置的一部分。

图6C图解说明根据一实施例的平台的一部分。

图6D图解说明根据一实施例的经定位以用于安装到致动器装置的可移动镜头的仰视图。

图6E图解说明根据一实施例的安装到致动器装置的可移动镜头的侧视图。

图7图解说明根据一实施例的致动器装置的部分。

图8图解说明根据一实施例的呈经展开配置的致动器装置的仰视图。

图9A图解说明根据一实施例在未被施加任何电压的情况下呈经展开配置的致动器装置的一部分。

图9B图解说明根据一实施例在被施加小电压的情况下呈经展开配置的致动器装置的一部分。

图9C图解说明根据一实施例在被施加最大电压的情况下呈经展开配置的致动器装置的一部分。

图10图解说明根据一实施例的横向缓冲器组合件。

图11图解说明根据一实施例的铰链挠曲件及运动控制扭转挠曲件。

图12图解说明根据一实施例的内运动控制铰链。

图13图解说明根据一实施例的悬臂挠曲件。

图14图解说明根据一实施例的蛇形接触挠曲件及展开扭转挠曲件。

图15图解说明根据一实施例的展开挡块的俯视图。

图16图解说明根据一实施例的展开挡块的仰视图。

图17A图解说明根据一实施例的挡板阻尼器。

图17B图解说明根据一实施例在未被施加冲击的情况下的安置于上部模块盖与下部模块盖之间的可移动框架。

图17C图解说明根据一实施例在被施加冲击的情况下的安置于上部模块盖与下部模块盖之间的可移动框架。

图17D图解说明根据一实施例的另一致动器装置的部分俯视图。

图17E图解说明根据一实施例的致动器装置的放大俯视图。

图17F图解说明根据一实施例的致动器装置的外铰链挠曲件、横向缓冲器组合件、单一缓冲器挡板及互锁缓冲器挡板特征。

图17G及17H图解说明根据一实施例的外铰链挠曲件。

图17I及17J图解说明根据一实施例的横向缓冲器组合件。

图17K及17L图解说明根据一实施例的单一缓冲器挡板及互锁缓冲器挡板的横截面视图。

图17M图解说明根据一实施例的横向缓冲器组合件、单一缓冲器挡板及互锁缓冲器挡板的俯视图。

图17N图解说明根据一实施例的单一缓冲器挡板及互锁缓冲器挡板的横截面视图。

图18图解说明根据一实施例的球窝缓冲器。

图19图解说明根据一实施例的球窝缓冲器及两个框架铰链。

图20是根据一实施例的布局在晶片上的六边形致动器装置的图案的部分俯视平面图。

图21是根据一实施例的布局在晶片上的具有径向突片的六边形致动器装置的图案的部分俯视平面图。

图22是根据一实施例的布局在晶片上的具有径向突片及对应互补凹部的六边形致动器装置的图案的部分俯视平面图。

图23是根据一实施例的图22的晶片的俯视平面图，其展示布局在其上的致动器装置。

图24到28是根据数个实施例的图23的晶片的一部分的连续放大部分俯视平面图。

通过参考以下详细描述来最佳地理解本发明的实施例及其优点。应了解，使用相似参考编号来识别各图中的一者或一者以上中所图解说明的相似元件。

具体实施方式

根据各种实施例，揭示一种适合于供在各种各样不同的电子装置中使用的致动器装置。举例来说，所述致动器装置可适于在相机(例如小型相机)中使用。所述致动器装置可用于手动或自动地使小型相机聚焦。所述致动器装置可用于使小型相机变焦或为小型相机提供光学图像稳定。所述致动器装置可用于使相机内的光学器件对准。所述致动器装置可用于电子装置中或任何其它装置中的任何其它所要应用。

根据一个或一个以上实施例，所述致动器装置可包括一个或一个以上MEMS致动器。可使用整体式构造来形成所述致动器装置。可使用非整体式构造来形成所述致动器装置。

举例来说，可使用当代制造技术(例如蚀刻及微加工)来形成所述致动器装置。本发明涵盖各种其它制造技术。

所述致动器装置可由硅(例如，单晶硅及/或多晶硅)形成。所述致动器装置可由例如硅、锗、金刚石及砷化镓等其它半导体形成。可掺杂形成致动器装置的材料以获得其所要导电性。所述致动器装置可由例如钨、钛、锗、铝或镍等金属形成。可使用此些材料的任何所要组合。

根据各种实施例揭示对致动器装置及/或由所述致动器装置移动的物项的运动控制。可使用所述运动控制来促进物项的所要移动同时减轻所述物项的不合意移动。举例来说，可使用运动控制来促进镜头沿着所述镜头的光学轴的移动，同时抑制镜头的其它移动。因此，可使用运动控制来促进镜头在单一所要平移自由度中的移动，同时抑制镜头在所有其它平移自由度中的移动且同时抑制镜头在所有旋转自由度中的移动。在另一实例中，运动控制可促进镜头在所有三个平移自由度中的移动，同时抑制镜头在所有旋转自由度中的移动。

因此，可提供用于独立使用及供在电子装置中使用的经增强小型相机。所述小型相机适合于供在各种各样不同的电子装置中使用。举例来说，所述小型相机适合于供在例如蜂窝式电话、膝上型计算机、电视、手持式装置及监控装置等电子装置中使用。

根据各种实施例，提供较小的大小及经增强的耐冲击性。可使用经增强的制造技术来提供这些及其它优点。此些制造技术可另外增强小型相机的总体质量及可靠性，同时还大致减少其成本。

图1图解说明根据一实施例的具有致动器装置400的电子装置100。如本文中所论述，致动器装置400可具有一个或一个以上致动器550。在一个实施例中，致动器550可为MEMS致动器，例如静电梳状驱动致动器。在一个实施例中，致动器550可为旋转梳状驱动致动器。

电子装置100可具有用于使其任何所要组件移动的一个或一个以上致动器550。举例来说，电子装置100可具有光学装置，例如小型相机101，其具有用于使例如一个或一个以上可移动镜头301(展示于图2中)等光学元件移动的致动器550，所述光学元件适于提供聚焦、变焦及/或图像稳定。电子装置100可具有用于执行任何所要功能的任何所要数目个致动器550。

电子装置100可为蜂窝式电话、膝上型计算机、监控装置或任何其它所要装置。小型相机101可构建到电子装置100中、可附接到电子装置100或可相对于电子装置100为单独(例如，远程)的。

图2图解说明根据一实施例的具有镜头筒200的小型相机101。镜头筒200可含纳一个或一个以上光学元件，例如可由致动器装置400(展示于图1中)移动的可移动镜头301。镜头筒200可具有可为固定的一个或一个以上光学元件。举例来说，镜头筒200可含纳一个或一个以上镜头、光圈(可变或固定)、快门、镜(其可为平坦的、非平坦的、供电式或非供电式)、棱镜、空间光调制器、衍射光栅、激光器、LED及/或检测器。这些物项中的任一者可为固定的或可由致动器装置400移动。

致动器装置400可使非光学装置(例如经提供以用于扫描的样本)移动。所述样本可为生物样本或非生物样本。生物样本的实例包含微生物、组织、细胞及蛋白质。非生物样本的实例包含固体、液体及气体。致动器装置400可用于操纵结构、光、声音或任何其它所要事物。

所述光学元件可部分地或完全地含纳在镜头筒200内。镜头筒200可具有任何所要形状。举例来说，镜头筒200可为大致圆形、三角形、矩形、正方形、五边形、六边形、八边形或具有任何其它形状或横截面构形。镜头筒200可永久地或可拆卸地附接到小型相机101。镜头筒200可由小型相机101的外壳的一部分界定。镜头筒200可部分地或完全地安置于小型相机101内。

图3A图解说明根据一实施例的安置于镜头筒200内的致动器模块300。致动器模块300可含纳致动器装置400。致动器装置400可完全地含纳在镜头筒200内、部分地含纳在镜头筒200内或完全地在镜头筒200外部。致动器装置400可适于使含纳在镜头筒200内的光学元件、未含纳在镜头筒200内的光学元件及/或任何其它所要物项移动。

图3B以分解视图图解说明根据一实施例的镜头筒200及致动器模块300。可移动镜头301为可附接到致动器装置400且可由其移动的光学元件的实例。致动器装置400可安置于上部模块盖401与下部模块盖402中间。

可提供额外光学元件，例如固定(例如，静止)镜头302。举例来说，所述额外光学元件可促进聚焦、变焦及/或光学图像稳定。可提供任何所要数目及/或类型的可移动(例如经由致动器装置400)及固定的光学元件。

图4图解说明根据一实施例的致动器模块300。致动器模块300可部分地或完全地安置于小型相机101内。致动器装置400可部分地或完全地安置于致动器模块300内。举例来说，致动器装置400可大致夹在上部模块盖401与下部模块盖402之间。

致动器模块300可具有任何所要形状。举例来说，致动器模块300可为大致圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形或具有任何其它形状或横截面构形。

在一个实施例中，镜头筒200的横截面构形可为大致圆形的，且致动器模块300的横截面构形可为大致圆形的。大致圆形镜头筒200及大致圆形致动器模块300的使用可促进有利的大小减小。举例来说，由于圆形镜头通常为优选的，因此可促进所述大小减小。大致圆形镜头筒200及大致圆形致动器模块300与圆形镜头一起使用趋向于导致被浪费体积的减小且因此趋向于促进大小减小。

如本文中所论述，例如可移动镜头301等一个或一个以上光学元件可安置于形成于致动器模块300中的开口405(例如，孔)中。举例来说，致动器550的致动可实现光学元件沿着其光学轴410的移动。因此，举例来说，致动器550的致动可使一个或一个以上镜头移动以实现聚焦或变焦。

致动器模块300可具有形成于其中的切口403以促进致动器模块300的组装及含纳于其中的致动器装置400的对准。可使用切口403及/或部分地安置于切口403内的电触点404来促进致动器模块300相对于镜头筒200的对准。

图5A图解说明根据一实施例的致动器装置400的俯视图，致动器装置400具有电触点404、开口405、内铰链挠曲件501、活动安装挠曲件502、可移动框架505、外框架506、蛇形接触挠曲件508、展开扭转挠曲件509、展开挡块510、挡板阻尼器511、球窝缓冲器513、悬臂挠曲件514、运动控制扭转挠曲件515、外铰链挠曲件516、固定框架517、平台520、镜头垫521、枢转轴525、致动器550、空间551及块552。

在一些图中将块552(图5A)展示为表示致动器550的齿560(参见图5B及7)。所属领域的技术人员将了解，梳状驱动器通常包括在此比例尺的图式上难以图解地展示的大量的极小齿560。举例来说，致动器550可在其每一侧上具有在1与10,000之间的齿且可在其每一侧上具有大约2,000个齿。因此，在一个实施例中，块552可能并不表示齿560的实际配置，而是代替齿560来展示以更佳地图解说明致动器550的操作，如本文中所论述。

根据一实施例，致动器装置400的形状可为大致六边形的。六边形形状容易促进致动器装置400在大致圆形镜头筒200内的放置。六边形形状还促进对晶片底材面的高效使用。本发明涵盖其它形状。

致动器装置400可具有多个致动器550。图5A中仅详细地图解说明一个致动器550。图5A中针对未详细图解说明的两个额外致动器550展示空间551。因此，在一个实施例中，致动器装置400可具有三个致动器550，所述三个致动器550围绕开口405以大致径向对称图案安置使得致动器550彼此间隔开大约120°。致动器装置400可具有以任何所要图案安置的任何所要数目个致动器550。作为进一步实例，致动器装置400可具有彼此间隔开大约180°的两个致动器550或可具有彼此间隔开大约90°的四个致动器550。

如本文中所论述，致动器550可包含一个或一个以上MEMS致动器、音圈致动器或任何其它所要致动器类型或若干类型的组合。举例来说，在一个实施例中，每一致动器550可为垂直旋转梳状驱动器。

致动器550可彼此协作以使平台520沿着光学轴410(图3B)移动，在图5A中，光学轴410垂直于致动器装置400的平面。致动器550可彼此协作而以使平台520维持相对于光学轴410大致正交的方式且以大致减轻平台520的旋转的方式使平台520移动。

通过在由块552表示的邻近齿560之间施加电压差来实现致动器550的致动。此致动实现致动器550的旋转以促进平台520的本文中所描述的移动。

在各种实施例中，可将平台520大致改造为一环(例如，如图5A中所展示)。本发明涵盖其它形状。平台520可具有任何所要形状。

在展开之前，致动器装置400可为大致平面结构。举例来说，致动器装置400可大致由单一整片材料(例如硅)形成。致动器装置400可由单一裸片形成。举例来说，所述裸片可为大约4毫米到5毫米宽及大约150微米厚。

可通过MEMS技术(例如铣削或蚀刻)来形成致动器装置400。可在单一晶片上形成多个致动器装置400。致动器装置400的总体形状或覆盖区可适于增强在单一晶片上形成多个致动器装置400。

在操作之前，根据一实施例，每一致动器550的固定框架517可经展开以使由块552表示的邻近对的齿560相对于彼此偏移。展开可导致致动器装置400的大致非平面总体配置。在展开时，每一致动器550可使其一部分(例如，固定框架517)从外框架506的平面延伸。固定框架517可从外框架506的平面相对于其以一角度延伸。因此，在展开时，固定框架517可相对于外框架506大致在平面外。

一旦经展开，固定框架517便可固定或锁定到适当位置中使得其不相对于外框架506进一步移动且相对于外框架506及相对于可移动框架505有角度地偏移或旋转(在致动器550未经致动时)。固定框架517可以机械方式固定于适当位置中、以粘合方式接合于适当位置中或呈以机械方式固定及以粘合方式接合的任何所要组合。

致动器550的致动可致使可移动框架505朝向经展开固定框架517旋转以实现平台520的所要移动。运动控制扭转挠曲件515与外铰链挠曲件516协作以促进可移动框架505的经运动控制旋转，如本文中所论述。可移动框架505围绕枢转轴525旋转。

图5B图解说明根据一实施例的具有在致动器550中代替表示其的块552展示的齿560的致动器装置400的俯视图。在图5B中为清晰起见，可将所展示的齿560视为数目减小且大小放大。

图6A图解说明根据一实施例的致动器550中的一者的俯视图，致动器550具有内铰链挠曲件501、球窝缓冲器513、可移动框架505、外铰链挠曲件516、运动控制扭转挠曲件515、悬臂挠曲件514、固定框架517、枢转轴525、蛇形接触挠曲件508、伪活动安装与电触点404及平台520。图6A进一步图解说明本文中进一步描述的横向缓冲器组合件1001。

内铰链挠曲件501与悬臂挠曲件514协作以将所要运动从可移动框架505转移到平台520。因此，致动器550的致动导致可移动框架505的旋转，此又导致平台520的平移，如本文中所论述。

可移动框架505可以类似于门绕其铰链枢转的方式绕外铰链挠曲件516枢转。在向致动器装置400施加剪切力之后，致动器550的两个外铰链挠曲件516中的一者可即刻受拉伸，同时外铰链挠曲件516可即刻受压缩。在此些实例中，两个运动控制扭转挠曲件515趋向于减轻外铰链挠曲件516的不合意屈曲。

每一致动器可大致安置于提供比较高的横向刚度及比较软的旋转刚度的运动控制机构内。在一个实施例中，所述运动控制机构可具有一个或一个以上(例如，两个)外铰链挠曲件516且可具有一个或一个以上(例如，两个)运动控制扭转挠曲件515。因此，可移动框架505的移动可大致约束于其所要旋转。

在一个实施例中，用于一个致动器550的运动控制机构可包括外框架506、可移动框架505、运动控制扭转挠曲件515、外铰链挠曲件516、内铰链挠曲件501、悬臂挠曲件514及平台520。在一个实施例中，所述运动控制机构可包括趋向于将平台520的移动限制于所要平移移动的所有结构。

根据一实施例，每一致动器550可大致含纳在运动控制机构内以大致限制对致动器装置400上的底材面的竞争。由于每一致动器550及其相关联运动控制机构占据致动器装置400的大致相同的表面积，因此其并不竞争底材面。因此，在致动器550的大小增加时，其相关联运动控制机构的大小也可增加。在某些实施例中，期望增加致动器550的大小以增加由其提供的力。在某些实施例中，也期望增加运动控制机构的大小以维持其合意地限制平台520的移动的能力。可将可移动框架550视为运动控制机构的一部分。

图6B图解说明根据一实施例的致动器550，其展示为清晰起见而带阴影的固定框架517。带阴影的固定框架517可经展开到在致动器装置400平面外的位置且可固定于此经展开位置中。

可移动框架505可支撑致动器550的移动部分，例如齿560中的一些齿(参见图7)。固定框架517可支撑致动器550的固定部分，例如齿560中的其它齿(参见图7)。向致动器550施加电压可致使可移动框架505围绕外铰链挠曲件516朝向固定框架517旋转。所述电压的移除或减小可准许由内铰链挠曲件514、外铰链挠曲件516及运动控制扭转挠曲件515施加的弹簧力使可移动框架505远离固定框架517旋转。可提供可移动框架505与固定框架517之间的充足间隙以适应此所要移动。

图6C图解说明根据一实施例的平台520的具有径向变化571的一部分。在一个实施例中，可在平台520中形成径向变化571以准许平台520扩张。径向变化571可为平台520中的有角度弯部。因此，可将例如可移动镜头301等光学元件插入到平台520的开口405中，开口405可扩张以接纳可移动镜头301且其可夹紧可移动镜头301。开口405可随着平台520的径向变化571变形(例如，趋向于变直)而扩张以便增加开口405的圆周。

根据一实施例，图6D图解说明经定位以用于安装到致动器装置400的可移动镜头的透视图，且图6E图解说明附接到致动器装置400的可移动镜头301的侧视图。在一个实施例中，可移动镜头301可以粘合方式接合到平台550，例如通过将可移动镜头301的支座522以粘合方式接合到镜头垫521。举例来说，可使用环氧树脂523将可移动镜头301以粘合方式接合到平台520。可移动镜头301可由镜头垫521支撑。

图7图解说明根据一实施例的致动器550的一部分，其展示块552叠加于致动器550的齿560上。如本文中所论述，块552表示齿560。

图8图解说明根据一实施例的呈经展开配置的致动器装置400的仰视透视图。在经展开配置中，未经致动的可移动框架505相对于外框架506大致在平面内，且经展开固定框架517相对于外框架506及可移动框架505大致在平面外。

可经由电触点404向每一致动器550施加电压。举例来说，可使用三个触点404中的两者来将电压从镜头筒200施加到致动器装置400。第三触点404可为不使用的或可用于冗余地将电压的一个极性从镜头筒200施加到致动器装置400。

可向三个致动器550施加大致相同的电压以导致其移动框架505的大致相同的移动。向三个致动器550施加大致相同的电压可导致平台520相对于外框架506平移使得平台520保持大致平行于外框架506。因此，在例如可移动镜头301等光学元件(例如)沿着其光学轴410(图3B)移动时，可使所述光学元件维持呈所要对准。

可向三个致动器550施加大致不同的电压以导致其移动框架505的大致不同的移动。可使用三个触点404及一共用回路来向三个致动器550施加大致不同的电压。因此，每一触点404可向三个致动器550中的专用一者施加单独控制的电压。

向三个致动器550施加大致不同的电压可导致平台520相对于外框架506平移使得所述平台相对于外框架506大致倾斜。因此，当施加大致不同的电压时，平台520未必保持大致平行于外框架。举例来说，向三个致动器550施加不同电压可用于使平台520与外框架506对准。举例来说，向三个致动器550施加不同电压可用于促进光学图像稳定或镜头对准。

图9A图解说明根据一实施例在未被施加任何电压的情况下呈经展开配置的致动器装置400的一部分。在未向致动器装置400施加任何电压的情况下，可移动框架505相对于外框架506大致在平面内，且经展开固定框架517相对于外框架506及可移动框架505大致在平面外。

图9B图解说明根据一实施例在被施加小电压的情况下呈经展开配置的致动器装置400的一部分。在施加小电压的情况下，可移动框架505已朝向经展开固定框架517旋转且处于部分致动位置中。

图9C图解说明根据一实施例在被施加最大电压的情况下呈经展开配置的致动器装置400的一部分。如可看到，可移动框架505已朝向经展开固定框架517进一步旋转且处于完全致动位置中。

图10图解说明根据一实施例的横向缓冲器组合件1001的俯视图。横向缓冲器组合件1001可具有第一缓冲器部件1002及第二缓冲器部件1003。第一缓冲器部件1002可形成于固定框架517上且第二缓冲器部件可形成于可移动框架505上。第一缓冲器部件1002与第二缓冲器部件1003可协作以在冲击或大的加速期间抑制可移动框架505相对于固定框架517(且因此也相对于外框架506)的不合意横向运动。第一缓冲器部件1002与第二缓冲器部件1003之间的间隙“D”可为大约2微米到3微米宽以限制此不合意横向运动。

图11图解说明根据一实施例的运动控制扭转挠曲件515及外铰链挠曲件516的透视图。运动控制扭转挠曲件515及外铰链挠曲件516可比致动器装置400的其它部分薄以提供运动控制扭转挠曲件515及外铰链挠曲件516的所要刚度。举例来说，在一个实施例中，外铰链挠曲件516、内铰链挠曲件501及运动控制扭转挠曲件515可具有大约100微米的宽度及大约2微米到3微米的厚度。

运动控制扭转挠曲件515可位于枢转轴525上。在一个实施例中，枢转轴525为连接两个外铰链挠曲件516的中心的线。在一个实施例中，枢转轴525为可移动框架506围绕其旋转的铰链线或轴。

图12图解说明根据一实施例的内铰链挠曲件501的透视图。内铰链挠曲件501可比致动器装置400的其它部分薄以提供内铰链挠曲件501的所要刚度。举例来说，在一个实施例中，内铰链挠曲件501可为大约500微米长、60微米宽及2微米到3微米厚。

图13图解说明根据一实施例的悬臂挠曲件514的透视图，悬臂挠曲件514具有内铰链挠曲件501、第一变薄区段1301、较厚区段1302及第二变薄区段1303。悬臂挠曲件514可用于将可移动框架505的移动转移到平台520。悬臂挠曲件514可用于促进将可移动框架505的旋转转换成平台520的平移。

内铰链挠曲件501可弯曲以准许可移动框架505在平台520平移的同时旋转。第一变薄区段1301及第二变薄区段1303可弯曲以准许在可移动框架505将移动转移到平台520时可移动框架505与平台520之间的距离的改变。

悬臂挠曲件514在接近其端处可为较薄的且在接近其中心处可为较厚的。此配置可确定悬臂挠曲件514的所要刚度比。举例来说，可期望在径向具有比较低的刚度以补偿在可移动框架505将移动转移到平台520时可移动框架505与平台520之间的距离的改变。

图14图解说明根据一实施例的蛇形接触挠曲件508及展开扭转挠曲件509的透视图。蛇形接触挠曲件508可促进电触点404与经展开固定框架之间的电接触。展开扭转挠曲件509可促进在展开期间经展开固定框架517相对于外框架506的旋转。

图15图解说明根据一实施例的展开挡块510的透视俯视图，其展示在展开时展开挡块510在顶部侧上不接触外框架506。可向展开挡块510及外框架506的顶部表面施加环氧树脂1501以相对于外框架506将展开挡块510固定到适当位置中。因此，环氧树脂1501可相对于外框架506将经展开固定框架517固定到适当位置中。经展开固定框架517的各个部分可充当展开挡块517。举例来说，经展开固定框架517的在经展开固定框架展开时邻接外框架506的其它部分可充当展开挡块510。

图16图解说明根据一实施例的展开挡块510的透视仰视图，其展示在展开时展开挡块510在底部侧上接触外框架506。可向展开挡块510及外框架506的底部表面施加环氧树脂1501以相对于外框架506将展开挡块510固定到适当位置中。如果期望，那么可向展开挡块510及外框架506的顶部表面及底部表面两者施加环氧树脂1501。

图17A图解说明根据一实施例的挡板阻尼器511的透视图。挡板阻尼器511位于在致动器550的既定操作(例如，致动)期间的所要相对运动比较低且在冲击期间的潜在不合意相对运动比较高的地方。举例来说，挡板阻尼器511可形成于枢转轴525上。

阻尼材料1701可延伸跨越形成于外框架506与可移动框架505之间的间隙1702。阻尼材料1701可具有高阻尼系数。举例来说，在一个实施例中，阻尼材料1701可具有在0.7与0.9之间的阻尼系数。举例来说，阻尼材料1701可具有大约0.8的阻尼系数。在一个实施例中，阻尼材料1701可为环氧树脂。

阻尼材料1701可容易准许可移动框架505相对于外框架506的所要运动。阻尼材料1701可抑制可移动框架505由于冲击而相对于外框架506的不合意运动。因此，阻尼材料1701可在致动器550的致动期间准许可移动框架505相对于外框架506的旋转且可在冲击期间抑制可移动框架505相对于外框架506的横向运动及/或平面外运动。

挡板阻尼器511可具有从可移动框架505延伸的挡板1706且可具有从外框架506延伸的挡板1707。间隙1702可形成于挡板1706与挡板1707之间。

延伸部1708可从挡板1706延伸且/或延伸部1709可从挡板1707延伸。延伸部1708及延伸部1709可延伸间隙1702的长度使得可使用比在无延伸部1708及/或延伸部1709的情况下原本将可能使用的更多的阻尼材料1701。

可在挡板1706及/或1707中形成沟槽1719，且可在沟槽1719内沉积不同于挡板1706及1707的材料的沟槽材料1720。举例来说，挡板1706及1707可由单晶硅形成且沟槽材料1720可由多晶硅形成。可将任何所要材料组合用于挡板1706及1707及沟槽材料1720以便实现挡板1706及1707的所要刚度。

图17B图解说明在未被施加冲击的情况下的安置于上部模块盖401与下部模块盖402之间的可移动框架505。在不存在冲击的情况下，可移动框架505保持于其未致动位置中且外铰链挠曲件516是不弯曲的。

图17C图解说明在已由例如可由跌落电子装置100导致的冲击移动到抵靠下部模块盖402的位置之后的可移动框架505。可移动框架505的移动可由下部模块外壳402限制或缓冲且外铰链挠曲件516的不合意双弯曲可由下部模块外壳402限制。以类似方式，上部模块外壳401可限制可移动框架505的移动及外铰链挠曲件516的双弯曲。因此，可减轻外铰链挠曲件516内的不合意应力。

图17D到17H图解说明外铰链挠曲件1752的替代实施例。如这些图中所图解说明，在一些实施例中，外铰链挠曲件1752可为X形以实现对可移动框架505沿横向方向的运动的增加的控制。外铰链挠曲件516、1752可通常趋向于(例如)围绕其中心部分弯曲以促进可移动框架505相对于外框架506的移动。本发明涵盖其它形状。举例来说，外铰链挠曲件1752的形状可像H、I、M、N、V、W、Y或可具有任何其它所要形状。每一外铰链挠曲件1752可包括互连外框架506与可移动框架505的任何所要数目个结构。可互连或可不互连所述结构。所述结构可相对于彼此大致相同或可相对于彼此大致不同。每一外铰链挠曲件1752可相对于每一其它铰链挠曲件1752大致相同或可相对于每一其它铰链挠曲件1752大致不同。

可通过如本文中所论述的蚀刻来形成外铰链挠曲件516、1752及任何其它结构。所述外铰链挠曲件及任何其它结构可包括单晶硅、多晶硅或其任何组合。

图17D到17F及17I到17N展示横向缓冲器组合件1754的替代实施例，上文结合本文中的图10论述了其另一实施例。图17D到17F及17I到17N的横向缓冲器组合件1754相对于图10的横向缓冲器组合件1001大体具有更圆滑的曲线。

图17D到17F图解说明对于约束组件(例如，可移动组件505)沿±Z方向的垂直移动以及其横向移动(即，沿±X及/或±Y方向)两者有用的互锁缓冲器挡板特征1756的实例性实施例。

如图17F中所图解说明，此互锁挡板特征包含分别从可移动组件505及固定组件506且在形成于另一相对组件上的对应凸肩1762上延伸的一对挡板1756A及1756B的形成。可移动组件505上的挡板1756A限制可移动组件505沿-Z方向的运动，且固定组件506上的挡板1756B限制可移动组件505沿+Z方向的运动。另外，如图17K、17L及17N中所图解说明，两个组件505与506之间的间隙1760(其可如上文结合图49A到49F所论述而形成)可限制可移动组件505沿±X及/或±Y方向的运动。

如图17M中所图解说明，挡板1756A及1756B的相应前端可在其相对端处界定拐角，且所述拐角中的一者或一者以上可并入有椭圆形圆角1766。

如图17D到17L及图17K到17N中所图解说明，可提供单一缓冲器挡板1758以用于约束致动器装置1750中的组件(例如，可移动组件505)的横向移动。举例来说，缓冲器挡板1758(在一些实施例中，其可包括多晶硅)可从固定组件(例如，组件506)且朝向可移动组件505但不在其上延伸以限制可移动组件505沿横向(即，沿±X及/或±Y方向)的运动。如图17K、17L及17N中所图解说明，可使固定组件505与可移动组件506之间的间隙1764相对大于缓冲器挡板1758与可移动组件505之间的间隙1768，使得缓冲器挡板1758不影响可移动组件505的正常旋转运动，但确实起作用以防止其的不需要的横向运动。

图18图解说明根据一实施例的球窝缓冲器513。球窝缓冲器513可具有大致圆柱形球518，其可滑动地安置于大致互补圆柱形凹窝519内。球窝缓冲器513准许平台520相对于外框架506的所要移动且限制其它移动。

图19图解说明根据一实施例的球窝513及两个框架铰链526的透视图。框架铰链526可为原本大致刚性外框架506中的铰链挠曲件。框架铰链526准许外框架506在于平面内维持所要刚性的同时向平面外变形。

如上文所论述，在一个有利实施例中，致动器装置400可并入有在形状上为大体六边形的外围。所述六边形形状容易促进致动器装置400在大致圆柱形镜头筒组合件200内的放置。

如图20中所图解说明，当在晶片2002(例如，半导体晶片)上使用(例如)光刻技术将装置400制造为多个相同裸片时，所述六边形形状还促进对晶片2002的底材面的高效使用。图20是布局在晶片2002上的多个相同的六边形致动器装置(针对一个或一个以上实施例，本文中也称为裸片400)的图案2004的部分俯视平面图。

如所属领域的技术人员将了解，图20的六边形裸片400为旋转对称的，具有六个对称度，即，每一裸片400可在所述裸片返回到其初始位置之前围绕所述裸片的中心轴2006旋转六次(即，以60度增量)且仍展现相同平面形式形状，借此提供裸片400在晶片2002上的布局的实质灵活性。另外，裸片400的笔直侧2007(本文中也称为边缘或壁)准许裸片400彼此非常紧密邻近地放置成边缘对边缘几乎邻接，借此使可放置在给定大小的晶片2002上的裸片400的数目最大化且使晶片上被浪费的空间最小化。

在一些实施例中，出于若干个原因，在裸片400的外围上提供多个径向突出部或突片404可为有利的，如图21中所图解说明。举例来说，突片404可用于使致动器装置400相对于邻近光学元件或致动器模块300的后盖402同心对准以将外部电力及接地信号连接到致动器装置400的致动器550且使用突片404的外圆周表面503使致动器装置400在镜头筒组合件200内同心对准，使得致动器装置400的中心轴2006及因此同心安装于移动平台520(参见图5A)的中心开口405中的一个或一个以上镜头的光学轴410与镜头筒组合件200的中心或光学轴410及安置于镜头筒组合件200内的其它镜头或光学元件的相应光学轴同轴。

为实现此后一“居中”功能，期望所述装置具备多个突片404(即，至少三个)且其围绕装置400的外围对称布置。因此，在图21中所图解说明的特定实施例中，裸片400各自具备围绕裸片400的外围以120度增量布置的三个径向突片404，每一径向突片在裸片400的对应侧2007上居中。

如所属领域的技术人员将了解，在此特定配置中将突片404添加到裸片400的效果是将其旋转对称的六个度减少到三个。更重要地，如图21中所图解说明，突片404的添加通过增加邻近裸片400的侧2007之间的间隔以适应突片404而减小晶片2002上的裸片400的密度或“堆填”。

然而，如图22中所图解说明，可通过以下操作来几乎完全地弥补堆填密度的此损失：提供围绕裸片的外围以120度增量布置的三个径向槽或凹部504，每一凹部504在裸片400的对应侧2007上居中且在大小上与突片404中的相应一者互补；及在晶片2002上将裸片400布置成一图案，在所述图案中每一裸片400相对于邻近裸片400旋转60度且每一裸片400的每一突片404嵌套于邻近裸片400的凹部504内。当然，突片404及凹部504未必需要如图22中所图解说明分别在裸片400的侧2007上居中来实现此有利结果，只要其相应角位置相对应即可，且所述技术将针对旋转对称的任何装置400(不管其平面形式形状如何)实现类似结果。

如在图22中可看到，此特定布置或图案2004产生裸片400的就可在给定大小的晶片上形成的裸片400的数目及所利用的晶片面积来说几乎与上文针对图20的六边形裸片400所论述的堆填密度一样高效的堆填密度。此堆填效率图解说明于图23(其为并入有图22的裸片400布局图案2004的晶片2002(例如，半导体晶片)的俯视平面图)中以及图24到28(其为图23的晶片2002的部分的连续放大部分俯视平面图)中。突片404及互补凹部504的此嵌套布置最清晰地图解说明于图28的放大视图中。

因此，如图24到28中所图解说明，在一个实施例中，用于制作致动器装置400的方法包含：提供包括导电材料(例如，第一导电材料)层的晶片2002；在所述导电材料中形成多个旋转对称的裸片400，每一裸片包含围绕裸片400的周围以交替方式且以相等角增量布置的多个径向突片404及互补大小的径向凹部504；及在晶片2002上将裸片400布置成一图案，在所述图案中每一裸片400相对于邻近裸片400旋转经过360度除以裸片400上的突片404或凹部504的数目的两倍的角度，且除位于晶片2002的外围处的裸片400以外，每一裸片400均安置成与邻近裸片400边缘对边缘几乎邻接，且每一裸片400的每一突片404嵌套于邻近裸片400的互补凹部504内。

晶片2002的导电材料层可包括半导体，例如多晶硅、单晶硅或多晶硅及单晶硅两者。如2006年2月28日提出申请且以全文引用的方式并入本文中的第11/365,047号美国专利申请案中更详细地描述，晶片2002可包括绝缘体上硅(SOI)晶片，其包含包括绝缘层的处置层、包括掩埋氧化物(BOX)层的与所述处置层连通的接合层及与所述接合层连通的其中形成致动器装置裸片400的装置层，且可使用本文中所图解说明及描述的光刻技术及设备在所述装置层中形成裸片400。

所述光刻技术可包括由蚀刻及微加工组成的群组中的至少一者，且蚀刻可包括(举例来说)深反应性离子蚀刻(DRIE)。所述微加工可包括由离子铣削、激光烧蚀、化学机械抛光(CMP)、微放电形成及微锻造组成的群组中的至少一者。

在于晶片2002的表面上形成裸片400之后，如图23中所图解说明，可使用上文所识别的第11/365,047号美国专利申请案中所描述的技术将其从晶片移除或“单个化”。如果期望，那么可在将其从晶片2002单个化之前或之后用例如金、单晶硅或多晶硅等导电材料(例如，可与第一导电材料相同或不同的第二导电材料)电镀突片404的表面(例如，前表面)以增强其电接触性质，举例来说，以充当用于借助于(举例来说)导线或柔性电路板使外部电力及接地信号进入装置中的电触点。

虽然将本文中所揭示的致动器描述为MEMS致动器，但此描述是仅以实例方式而非以限制方式做出。各种实施例可包含非MEMS致动器、非MEMS致动器的组件及/或非MEMS致动器的特征。

因此，可提供适合于供在各种各样不同的电子装置中使用的致动器。还可提供对致动器及/或由所述致动器移动的物项的运动控制。如此，可提供供在电子装置中使用的经增强小型相机。

根据各种实施例，提供小型相机的较小的大小及经增强的耐冲击性。可使用经增强的制造技术来提供这些及其它优点。因此，此些制造技术可另外增强小型相机的总体质量及可靠性，同时还大致减少其成本。

在适用的情况下，可将本文中所阐述的各种组件组合成复合组件及/或分离成子组件。在适用的情况下，可改变本文中所描述的各种步骤的排序、将其组合成复合步骤及/或将其分离成子步骤以提供本文中所描述的特征。

本文中所描述的实施例图解说明但不限制本发明。还应理解，根据本发明的原理，可能有众多修改及变化形式。

Claims (25)

1.一种用于制作致动器装置的方法，所述方法包括：

提供包括导电材料层的晶片；以及

在所述导电材料中形成多个旋转对称的裸片，每一裸片包含围绕所述裸片的周围以交替方式且以相等角增量布置的多个径向突片及互补大小的径向凹部，

其中所述裸片在所述晶片上布置成一图案，在所述图案中每一裸片相对于旋转经过360度除以所述裸片上的突片或凹部的数目的两倍的角度，且除位于所述晶片的外围处的裸片以外，每一裸片均安置成与邻近裸片边缘对边缘几乎邻接，且每一裸片的每一突片嵌套于邻近裸片的互补凹部内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每一裸片包括围绕所述裸片的所述周围以60度增量布置的三个突片及三个互补凹部。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电材料包括半导体。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述半导体包括多晶硅或单晶硅中的一者或一者以上。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成包括光刻。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述光刻包括蚀刻或微加工中的一者或一者以上。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述蚀刻包括深反应性离子蚀刻DRIE。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述微加工包括离子铣削、激光烧蚀、化学机械抛光CMP、微放电形成或微锻造中的一者或一者以上。

9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括从所述晶片单个化所述裸片。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电材料为第一导电材料，且所述方法进一步包括用第二导电材料电镀所述突片中的至少一者的表面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二导电材料包括金、单晶硅或多晶硅。

12.一种致动器装置，其包括旋转对称的裸片，所述裸片由导电材料制成且包含围绕所述裸片的周围以交替方式且以相等角增量布置的多个径向突片及互补大小的径向凹部。

13.根据权利要求12所述的致动器装置，其中每一裸片包括围绕所述裸片的所述周围以60度增量布置的三个突片及三个互补凹部。

14.根据权利要求12所述的致动器装置，其中所述裸片包括从包括所述导电材料的层的晶片单个化的多个裸片中的一者，所述裸片在所述晶片内形成且布置成一图案，在所述图案中每一裸片相对于邻近裸片旋转经过360度除以所述裸片上的突片或凹部的数目的两倍的角度，且除位于所述晶片的外围处的裸片以外，每一裸片均安置成与邻近裸片边缘对边缘几乎邻接，且每一裸片的每一突片嵌套于邻近裸片的互补凹部内。

15.根据权利要求12所述的致动器装置，其中所述导电材料包括半导体。

16.根据权利要求15所述的致动器装置，其中所述半导体包括多晶硅或单晶硅中的一者或一者以上。

17.根据权利要求12所述的致动器装置，其中所述裸片是通过光刻形成的。

18.根据权利要求17所述的致动器装置，其中所述光刻包括蚀刻或微加工中的一者或一者以上。

19.根据权利要求18所述的致动器装置，其中所述蚀刻包括深反应性离子蚀刻DRIE。

20.根据权利要求18所述的致动器装置，其中所述微加工包括离子铣削、激光烧蚀、化学机械抛光CMP、微放电形成或微锻造中的一者或一者以上。

21.根据权利要求12所述的致动器装置，其中所述突片中的至少一者电镀有导电材料。

22.根据权利要求21所述的致动器装置，其中所述导电材料包括金、单晶硅或多晶硅。

23.一种并入有根据权利要求12所述的致动器装置的小型相机。

24.一种并入有根据权利要求23所述的小型相机的电子装置。

25.根据权利要求24所述的电子装置，其中所述装置包括蜂窝式电话、膝上型计算机、个人数字助理或监控装置。

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